Возможно, бактериям и удается выработать резистентность к самым мощным лекарственным препаратам, но есть кое-что, от чего они не могут защититься в процессе эволюции - например, от крошечных буров, разрывающих их на части. Исследователи из Университета Райса продемонстрировали молекулярные сверла нового поколения, которые активируются, видимым светом и могут произвести революцию в борьбе с супербактериями.

Микроскопическое изображение бактерий кишечной палочки на различных стадиях разрушения после обработки новыми молекулярными бурами. Matthew Meyer/Rice University

Бактерии быстро адаптируются к изменениям в окружающей среде, и, к сожалению, к ним относится большинство антибиотиков. У некоторых бактерий естественным образом возникают мутации, которые позволяют им выживать под натиском антимикробных препаратов, а затем передавать гены устойчивости будущим поколениям. Со временем эта резистентность накапливается до такой степени, что большинство наших некогда мощных препаратов выходят из строя, что в конечном итоге может привести к "новому темному веку в медицине", когда самые распространенные инфекции снова станут смертельно опасными.

Но если бактерии могут развивать устойчивость к химическим атакам, то от физических атак они защититься не могут. Поэтому ученые исследуют возможность уничтожения супербактерий с помощью зазубренных поверхностей, покрытий из черного фосфора, шредера из жидкого металла, микроловушек, "отравленных стрел" и молекулярных сверл 

Именно на последней разработке основана технология учёных Райса. В таких микро конструкциях "установлены" молекулярные роторы, которые при активации светом вращаются на скорости от двух до трех оборотов раз в секунду, выполняя функцию высокоэффективных сверл. Такие устройства способны прокалывать мембраны бактерий и "либо сразу уничтожать их, либо открывать путь лекарствам, чтобы они могли попасть внутрь и завершить работу".

Теперь исследователи из Райса внесли коррективы в свою технологию. Предыдущие варианты активировались ультрафиолетовым светом, а новые теперь работают от видимого света, который безвреден для клеток человека и к тому же обладает некоторыми антибактериальными свойствами.

Молекулярные модели двух типов "сверл", с помощью которых можно уничтожать супербактерии. Tour Research Group/Rice University

Команда протестировала шесть различных модификаций буров и обнаружила, что все они способны за считанные минуты прокалывать мембраны как в грамотрицательных, так и в грамположительных бактериях, снижая тем самым их уровень ниже регистрируемого. Кроме того, дрели эффективно справлялись с разрушением биопленок (защитных барьеров, которые бактерии создают вокруг своих колоний), и уничтожением персистирующих клеток, которые выживают после антибиотиков, переходя в "дремлющее" состояние. 

Для уничтожения большинства видов бактерий достаточно только механического воздействия буров. Однако лечение стало максимально эффективным, когда в технологию добавили антибиотики. Такой апгрейд сработал даже с самыми устойчивыми к лекарствам бактериями, так как "микро свёрла помогли обойти сформировавшиеся защитные механизмы". Таким образом, новая технология может не только стать перспективным методом лечения, но и продлить срок службы существующих антимикробных препаратов.

Исследователи планируют на следующем этапе установить на буры пептидные метки, (специфичные для бактерий), что поможет им более точно выслеживать целевые штаммы бактерий, не воздействуя при этом на клетки человека. 

Исследование было опубликовано в журнале Science Advances.

Источники: Rice University, journal Science Advances
(https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abm2055)
(https://news.rice.edu/news/2022/bacteria-killing-drills-get-upgrade)
(https://sciencejournals.ru/view-article/?j=mikbio&y=2020&v=89&n=4&a=MikBio2004011Nikolaev)